CN104499947A - 一种抗砾石钻头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗砾石钻头，包括钻头体和刀翼，钻头体的冠部由直线段、平圆弧段和直线段组成，直线段安装球形齿，平圆弧段安装勺型齿和锥形齿，直线段安装金刚石复合片，钻头体上设有7个喷嘴，喷嘴与刀翼之间形成排屑槽，刀翼设有5片。采用该抗砾石钻头，钻头体上采用外锥勺形齿，内锥金刚石复合片的布置结构，充分利用勺形齿的抗冲击性能，增强钻头的稳定性，克服了传统PDC钻头崩齿，使用寿命短的问题。

Description

一种抗砾石钻头
技术领域
本发明公开了一种抗砾石钻头，属于井下动力工具领域。
背景技术
PDC钻头具有较高的机械钻速、较长的使用寿命，适合钻进软到中硬的均质地层，在世界范围内得到了广泛的应用，现己成为现场使用最多的钻头。但是PDC钻头对地层条件敏感性强，当在砾岩地层钻进时，切削齿容易受到较大的冲击载荷发生崩齿而失去切削能力，导致钻头进尺低不能有效钻穿砾岩层段，常规PDC钻头甚至钻进几米就发生损坏而不得不起出PDC钻头。目前现场应用中，钻遇该地层一般先用PDC钻头钻穿上部砂岩地层，然后换成牙轮钻头钻穿砾岩层段，再换回PDC钻头继续钻砾岩以下地层，频繁的起下钻严重增加了钻井时间，而且牙轮钻头钻井效率低且抗磨损能力差，在砾岩中的钻井效率低钻井时间长，大大增加了钻井成本。
长期以来，国内外学者在PDC钻头方面进行了积极的探索，提出了很多改进方法。例如优化冠部形状，采用多重布齿结构，增加抗涡动设计，研制新型复合片材料等方面提高钻头的工作性能，延长使用寿命。这些方法对PDC钻头技术的发展起到了积极的推动作用，但都不能从根本上解决PDC钻头对该地层适应性的问题。因此，突破传统思维方式，从新的角度对钻头各项参数进行研究，研制出一种适合含砾地层钻进的复合钻头是钻头技术发展的需要，是目前整个钻井技术体系的需要，是提高钻井综合经济效益的需要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种破砾石岩层能力强的钻头。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种抗砾石钻头，包括钻头体和刀翼，钻头体的冠部由直线段、平圆弧段和直线段组成，所述直线段安装球形齿，平圆弧段安装勺型齿和锥形齿，直线段安装金刚石复合片。
作为本发明的进一步改进，所述钻头体上设有7个喷嘴，喷嘴与刀翼之间形成排屑槽。
作为本发明的进一步改进，所述刀翼设有5片。
采用上述结构，其有益效果在于：采用该抗砾石钻头，克服了传统PDC钻头崩齿，使用寿命短的问题。
钻头体上的冠部结构采用直线-平圆弧-直线的结构，分离内锥和外锥作用职能，内锥齿侧重于压入剪切破碎保证钻进机速，而外锥齿侧重于提高钻头的抗冲击性。内锥的长度决定了钻头钻进效率，由于PDC钻头的崩齿主要发生在外锥区，所以内锥直线段采用金刚石复合片齿在不影响钻头使用寿命的前提下保证了钻进机速。外锥区由勺形齿作为主切削齿，锥形齿作为保径齿。勺形齿不仅利于旋转切削还能够承受较大的冲击载荷，锥形齿能够承受由于钻头横向振动产生的径向冲击力。端面圆弧平滑过渡减少了由于应力突变加重切削齿磨损的几率，提高了钻头使用寿命。钻头体上采用7个小直径水眼，增加钻头压降，提高水力辅助破岩能力，保护钻头，从而提高钻进效率。外直线段密布球形齿，增大钻头与井壁的接触面积，提高钻头稳定性。
附图说明
图1为本发明抗砾石钻头的结构示意图。
图2为本发明抗砾石钻头的冠部结构示意图。
图3为本发明抗砾石钻头的勺型齿结构示意图。
图4为本发明抗砾石钻头的金刚石复合片结构示意图。
图5为本发明抗砾石钻头的锥形齿结构示意图。
图6为本发明抗砾石钻头的球形齿结构示意图。
图中：1-钻头体，2-刀翼，3-勺型齿，4-金刚石复合片，5-喷嘴，6-排屑槽，7-锥形齿，8 -球形齿。
1-1-直线段，1-2-平圆弧段，1-3-直线段。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1-6所示，一种抗砾石钻头，包括钻头体1和刀翼2，所述钻头体1的冠部由直线段1-1、平圆弧段1-2和直线段1-3组成，所述直线段1-1安装球形齿8，平圆弧段1-2安装勺型齿3和锥形齿7，直线段1-3安装金刚石复合片4，所述钻头体1上设有7个喷嘴5，喷嘴5与刀翼2之间形成排屑槽6，所述刀翼2设有5片。
使用时，将本发明抗砾石钻头安装在钻具下端，与其它井下工具连接起来，然后开泵循环钻井液并加压旋转钻进。在钻进过程中，从钻头体1的喷嘴5中喷出钻井液不断的通过排屑槽6将破碎的岩屑排入井眼环空，同时通过喷嘴5获得的高速钻井液辅助破岩。在破碎岩石过程中，由勺形齿3先期接触岩石，破碎岩石，而后金刚石复合片4破碎岩石。勺形齿3承载钻压，吃入地层，伴随着钻头的旋转剪切岩石，由于勺形齿3在吃入地层的过程中，与岩石的接触面逐渐加大，提高了钻头稳定性，降低了常规PDC钻头在该类地层发生“憋钻”、“跳钻”的几率，从而保护了外锥金刚石复合片4的旋转剪切，大大提高了钻头使用寿命。球形齿8充分与井壁接触并与锥形齿7共同保径，提高钻头稳定性并有效保护钻头本体。
任何采用与本发明相类似的技术特征所设计的钻头将落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种抗砾石钻头，包括钻头体（1）和刀翼（2），其特征在于：所述钻头体（1）的冠部由直线段（1-1）、平圆弧段（1-2）和直线段（1-3）组成，所述直线段（1-1）安装球形齿（8），平圆弧段（1-2）安装勺型齿（3）和锥形齿（7），直线段（1-3）安装金刚石复合片（4）。
2.根据权利要求 1所述的一种抗砾石钻头，其特征在于：所述钻头体（1）上设有7个喷嘴（5），喷嘴（5）与刀翼（2）之间形成排屑槽（6）。
3.根据权利要求1所述的一种抗砾石钻头，其特征在于：所述刀翼（2）设有5片。
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